Przeszłość i teraźniejszość kilograma

Ile waży kilogram? Naukowcy badają ten pozornie prosty problem od setek lat.

W 1795 roku Francja ogłosiła prawo, które określało „gram” jako „bezwzględną masę wody w sześcianie, którego objętość jest równa jednej setnej metra w temperaturze topnienia lodu (tj. 0°C)”. W 1799 roku naukowcy odkryli, że objętość wody jest najbardziej stabilna, gdy gęstość wody jest największa w temperaturze 4°C, dlatego definicja kilograma została zmieniona na „masę 1 decymetra sześciennego czystej wody w temperaturze 4°C ”. W ten sposób powstał oryginalny kilogram czystej platyny, kilogram definiuje się jako równy jego masie, zwanej kilogramem archiwalnym.

Ten archiwalny kilogram był używany jako punkt odniesienia przez 90 lat. W 1889 roku Pierwsza Międzynarodowa Konferencja Metrologiczna zatwierdziła replikę ze stopu platyny i irydu najbliższą archiwalnemu kilogramowi jako międzynarodowemu oryginalnemu kilogramowi. Masę „kilogramu” określa cylinder ze stopu platyny i irydu (90% platyny, 10% irydu), który ma około 39 mm wysokości i średnicy i jest obecnie przechowywany w piwnicy na obrzeżach Paryża.

Międzynarodowy oryginalny kilogram

Od epoki oświecenia społeczność geodetów była zaangażowana w ustanowienie uniwersalnego systemu badań. Chociaż jest to wykonalny sposób wykorzystania obiektu fizycznego jako punktu odniesienia pomiaru, ponieważ obiekt fizyczny może łatwo zostać uszkodzony przez czynniki spowodowane przez człowieka lub środowisko, będzie to miało wpływ na stabilność, a społeczność pomiarowa zawsze chciała jak najszybciej porzucić tę metodę jak to możliwe.

Po przyjęciu oryginalnej międzynarodowej definicji kilograma pojawia się pytanie, które jest bardzo zaniepokojone metrologami: jak stabilna jest ta definicja? Czy to się rozpłynie w czasie?

Należy powiedzieć, że pytanie to zostało podniesione na początku definicji jednostki masy kilogram. Na przykład, kiedy w 1889 roku zdefiniowano kilogram, Międzynarodowe Biuro Miar i Wag wyprodukowało 7 odważników kilogramowych ze stopu platyny i irydu, z których jeden to Międzynarodowy. Oryginalny kilogram służy do określenia jednostki masy kilogram, a pozostałych 6 odważników wykonane z tego samego materiału i w tym samym procesie, służą jako wtórne punkty odniesienia w celu sprawdzenia, czy występują między sobą różnice w czasie.

Jednocześnie wraz z rozwojem technologii o wysokiej precyzji potrzebujemy również bardziej stabilnych i dokładnych pomiarów. Dlatego zaproponowano plan redefinicji międzynarodowej jednostki podstawowej za pomocą stałych fizycznych. Stosowanie stałych do definiowania jednostek miary oznacza, że ​​definicje te zaspokoją potrzeby kolejnej generacji odkryć naukowych.

Według oficjalnych danych Międzynarodowego Biura Miar i Wag, w ciągu 100 lat od 1889 do 2014 roku zgodność jakościowa innych oryginalnych kilogramów i międzynarodowego oryginalnego kilograma zmieniła się o około 50 mikrogramów. Pokazuje to, że istnieje problem ze stabilnością fizycznego wzorca jednostki jakości. Chociaż zmiana o 50 mikrogramów wydaje się niewielka, ma ogromny wpływ na niektóre wysokiej klasy gałęzie przemysłu.

Jeżeli zamiast fizycznego wzorca kilograma zostaną użyte podstawowe stałe fizyczne, przestrzeń i czas nie będą miały wpływu na stabilność jednostki masy. Dlatego w 2005 roku Międzynarodowy Komitet Miar i Wag opracował ramy stosowania podstawowych stałych fizycznych do definiowania niektórych podstawowych jednostek Międzynarodowego Układu Jednostek Miar. Zaleca się, aby do określenia jednostki masy kilogram stosowano stałą Plancka, a właściwe laboratoria na szczeblu krajowym zachęca się do prowadzenia powiązanych prac naukowo-badawczych.

Dlatego też podczas Międzynarodowej Konferencji Metrologii w 2018 r. naukowcy głosowali za oficjalnym wycofaniem z użytku międzynarodowego prototypowego kilograma i zmienili stałą Plancka (symbol h) jako nowy standard w celu ponownego zdefiniowania „kg”.